‘사탄 추락·소행성 충돌’ 유사성 높아지옥 아홉개 원은 다중고리 충돌 분지종단 속도·지각 변화 등 묘사 정확해단테, 서구의 패러다임 전환에 기여아리스토텔레스 천체불변론에 도전천체를 물리적 변화 주체로 인식시켜 단테가 쓴 ‘신곡’ 지옥편에서는 역피라미드 구조의 9개 층으로 이뤄진 지옥이 등장한다. 아래로 내려갈수록 죄가 무겁고 형벌이 가혹해지는데 맨 밑바닥 제9지옥은 배신자들이 갇혀 있고 중심에는 사탄으로 불리는 타락천사 루키페르(루시퍼)가 있다. 신곡 속 이런 지옥의 구조가 충돌 물리학적 사고 실험의 결과라는 흥미로운 해석이 나왔다. 미국 마셜대 연구팀은 신곡 지옥편이 근대 운석학이 탄생하기 약 500년 전에 이미 행성 충돌 모델을 시로 구현한 일종의 충돌 물리학 사고 실험이었다고 13일 밝혔다. 충돌 물리학은 두 물체가 고속으로 충돌할 때 발생하는 힘과 에너지, 변형, 파괴 현상을 다루는 연구 분야다. 이 연구 결과는 지난 3~8일 오스트리아 빈에서 열린 ‘유럽 지구과학 협회(EGU) 2026 컨퍼런스’에서 발표됐다. 신곡 지옥편 제34곡 121~126행에서 지옥의 안내자인 고대 로마 시인 베르길리우스는 단테에게 사탄이 하늘에서 떨어질 때 지구의 지형이 어떻게 변했는지 설명한다. 사탄은 하늘에서 떨어질 때 남반구 쪽으로 추락했는데 남반구에 있던 육지들이 사탄과 충돌을 두려워 해 바다 밑으로 몸을 숨기고 북반구 쪽으로 몰려가 현재 대륙이 형성됐다. 또 사탄이 지구 중심으로 박혀 들어갈 때 흙들은 사탄을 피해 남반구 쪽으로 솟구쳐 올라오는데 이렇게 만들어진 거대한 산이 연옥의 산이라고 설명한다. 연구팀은 이 부분을 충돌 물리학과 운석학의 시각으로 재해석했다. 사탄은 타원형의 소행성급 고속 충돌체로 성간 천체 ‘오무아무아’를 연상시키며 작품 속 사탄의 추락이라는 사건의 규모는 중생대 백악기 공룡 대멸종을 부른 칙술루브(K-Pg) 충돌에 버금간다고 연구팀은 설명했다. 다시 말해, 사탄의 충돌은 전 지구적 대멸종 사건을 정확하게 묘사하고 있다는 말이다. 이는 60t의 질량을 그대로 유지하고 지구에 떨어진 것으로 추정되는 나미비아 그루트폰테인에서 발견된 세계 최대 규모의 단일 운석 ‘호바 운석’처럼 신곡 속 사탄도 기화되지 않은 물리적 충돌체로 지구 구조를 완전히 바꿔놓았다는 설명이다. 연구팀에 따르면 신곡에서 묘사한 지옥의 아홉 개 원은 달과 금성을 비롯한 태양계 곳곳에서 발견되는 다중 고리 충돌 분지의 동심원적, 계단식 지형을 놀랄 만큼 정확하게 보여준다. 다중 고리 충돌 분지는 운석 충돌로 만들어진 충돌구 중 가장 거대한 규모로 중심 충돌점 주위에 세 개 이상의 동심원 형태의 산맥이나 단층이 둘러싸고 있는 지형이다. 지옥편 속 사탄의 추락에 대한 묘사는 거대한 천체가 지구 핵심부에 최대 압축으로 도달하기 위한 종단 속도와 지각 관통의 물리학을 단테가 직관적으로 이해하고 있었음을 보여주는 것이라고 연구팀은 덧붙였다. 연구를 주도한 티머시 버버리 교수(지질신화학)는 “단테는 사실상 운석의 지질학적 실재를 발견하고 천체를 완전하고 불변하는 것으로 여겼던 아리스토텔레스의 이론에 도전한 것으로 볼 수 있다”며 “작품 속 사탄의 추락은 단순한 시각적 환상이나 영적 알레고리가 아닌 엄청난 물리적 파괴를 동반하는 실제 고속 충돌로 묘사함으로써 단테는 서구의 패러다임이 천체를 변화의 물리적 행위자로 인식하는 방향으로 전환하는 데 기여했다”고 강조했다.

영원히 그 자리에서 태양 주위를 공전할 것 같은 태양계 행성들도 사실은 초기에는 자주 위치를 이동했던 것으로 생각된다. 태양계 초기에는 지금보다 행성급 천체가 많았는데, 이들이 충돌하거나 이탈하면서 현재의 태양계를 형성했기 때문이다. 예를 들어 원시 지구는 ‘테이아’(Theia)라는 화성 크기의 행성과 충돌한 후 현재의 지구와 달을 형성했다. 그리고 이 과정에서 궤도도 약간 변했을 것으로 추정된다. 하지만 태양계가 안정화된 후 행성들은 현재의 위치에 자리 잡았고, 수십억 년 이상 그 자리에서 안정적으로 태양 주변을 공전하고 있다. 과학자들은 다른 행성계도 같을 것으로 생각해왔다. 하지만 뉴멕시코 대학교, 코트다쥐르 천문대(Observatoire de la Côte d’Azur), 유럽우주국(ESA)의 과학자들을 포함한 대규모 국제 연구팀은 예상치 못한 예외적 상황을 관측했다. 연구팀은 나사의 외계행성 관측 위성인 TESS와 남극에 있는 ASTEP 망원경을 이용해 ‘TOI-201’이라는 외계 행성계를 관측했다. TOI-201은 서로 다른 세 개의 행성으로 구성되어 있다. 하나는 5.8일 주기로 항성을 공전하는 “슈퍼지구”이고, 다른 하나는 목성 질량의 절반에 해당하는 가스 행성으로 53일 주기로 공전한다. 마지막으로 목성보다 16배나 무거운 거대한 외행성이 약 8년 주기의 타원형 혜성 같은 궤도를 따라 공전하는데, 이는 사실 행성보다 큰 갈색왜성급 천체라고 할 수 있다. 일반적으로 목성 질량의 13배가 넘으면 불안정해도 핵융합 반응이 조금 일어날 수 있어 행성이 아닌 갈색왜성으로 분류한다. 태양계와 달리 이렇게 다양한 천체로 구성된 행성계는 우주에 드물지 않다. 하지만 각 행성의 공전 주기를 분석한 과학자들은 정말 드문 현상을 발견했다. 외계 행성 TOI-201b가 항성 앞을 지나가는 시간이 갑자기 30분 정도 늦어진 것이다. 공전주기 53일에서 차지하는 비중은 크지 않더라도 목성 질량의 절반 혹은 토성보다 더 무거운 행성의 궤도가 관측 가능할 정도로 변한 것이기 때문에 놀라운 일이 아닐 수 없다. 과학자들은 가장 가능성 높은 이유로 가장 무거운 외곽 천체인 TOI-201c의 중력을 들었다. 이 천체는 무겁기만 한 것이 아니라 혜성처럼 길쭉한 타원궤도를 돌고 있다. 따라서 주기적으로 내부 행성에 한쪽 방향으로 중력을 행사할 수 있다. 그 결과 행성의 궤도가 크게 변한 것이다. 이는 오래된 행성계는 궤도가 안정적일 것이라는 상식을 뒤집는 결과다. 이번 발견이 가능했던 가장 중요한 이유는 바로 남극에 설치된 ASTEP(남극 외계행성 탐사) 망원경 덕분이다. 니스의 코트다쥐르 천문대가 주도하고 버밍엄 대학교 및 유럽우주국(ESA)의 협력해 설치한 망원경인데 주경 40㎝의 비교적 작은 망원경이지만, 독특한 위치 덕분에 다른 지상 망원경은 불가능한 관측이 가능하다. ASTEP은 해발 3233m 높이의 남극 고원의 콩코르디아 연구 기지에 설치됐는데, 다른 어떤 인간 거주지에서도 600㎞ 떨어져 있어 국제우주정거장(ISS)보다도 더 외딴곳에 위치해 관측에 방해되는 불빛이 없다. 여기에 남극에서 몇 달간 해가지지 않는 극야 현상과 높은 해발 고도 덕분에 대기 간섭을 최소화하면서 장시간 동안 중단 없이 관측할 수 있다. 이는 별의 미세한 밝기 변화를 장시간에 걸쳐 찾아내는데 적합해 공전 주기가 53일인 TOI-201b의 주기 변화를 포착한 것이다. 과학자들은 TOI-201 시스템의 움직임이 매우 불안정해서 행성들이 곧 항성 앞을 일렬로 늘어서는 현상이 멈출 것이라고 보고 있다. 아마도 200년 후에는 세 행성 중 두 행성만이 지구에서 관측 시 항성 앞을 지나가는 모습을 보일 것으로 예상된다. 앞으로도 ASTEP 같은 새로운 개념의 망원경이 독특한 외계 행성들을 계속 찾아낼 것으로 기대된다.

2006년 과학계에서 가장 뜨거웠던 사건을 꼽는다면 단연 태양계의 막내 행성 ‘명왕성’의 행성 지위 박탈이다. 1930년 2월 18일 미국 천문학자 클라이드 톰보가 발견한 명왕성은 태양계의 9번째 행성으로 인정받아왔지만, 1990년대 이후 해왕성 바깥쪽 카이퍼 벨트에서 명왕성과 비슷한 크기의 천체들이 잇따라 발견되면서 행성의 지위가 흔들리기 시작했다. 그러던 중 2005년 미국 천문학자 마이클 브라운 교수팀은 명왕성보다 질량이 약 27% 더 큰 에리스를 발견했다. 명왕성이 행성이라면 에리스도 행성이 돼야 하는 상황이 됐다. 결국 국제천문연맹(IAU)은 2006년 8월 체코 프라하에서 제26차 총회를 열고 행성의 정의를 공식적으로 정립하기 위한 투표를 했다. 당시 정의된 행성의 요건 3가지는 △태양 중심 공전 △충분한 질량을 가져 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형 △자신의 공전 궤도상에서 주변 천체에 대한 지배적 위치다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 충족했지만 세 번째 조건에서 결격 사유가 발생해 행성에서 제외되고 왜소행성으로 분류됐다. 그로부터 20년이 지난 최근 미국 항공우주국(NASA)에서 명왕성을 다시 행성으로 승격시켜야 한다는 의견을 공식적으로 지지하면서 다시 국제적 논쟁의 대상으로 주목받고 있다. 이런 상황에서 일본 국립 천문대, 이시가키지마 천문대, 교토대 하쿠비 천문대, 기타큐슈 산업의과대, 지바 공업대 행성탐사 연구센터, 사가 호시조라 천문센터, 도쿄대 천문학 연구소, 아마추어 천문 연구집단인 일본 성식 정보네트워크(JOIN), 교토 산업대 우주과학 연구소 공동 연구팀은 명왕성 너머에 위치한 심우주의 천체를 관측한 결과 해당 천체에서 희박한 대기 흔적을 발견했다. 이 대기는 얼음 화산에 의해 공급되거나 혜성 등의 천체 충돌로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 알려졌다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 5월 5일 자에 실렸다. 태양계 최외곽 행성인 해왕성 궤도 너머를 공전하는 행성체들은 ‘해왕성 바깥 천체’(TNO)라고 부르는데 이들은 태양계 형성 과정에서 남겨진 잔해물이다. 이 중 명확하게 대기가 감지된 것은 왜소행성인 명왕성이 유일했다. 이에 연구팀은 천체가 별의 앞을 지나가며 별빛을 가리는 현상인 성식(星飾·stellar occultation·항성 엄폐)을 관측해 ‘(612533)2002XV93’으로 알려진 천체를 조사했다. 연구팀은 2024년 1월 교토와 나가노현에 있는 전문 천문대와 후쿠시마에 있는 시민 천문학자의 망원경으로 이 현상을 동시에 관측했다. 그 결과, 일부 관측에서 별빛은 천체가 앞을 지날 때 갑자기 사라지는 대신 몇 초에 걸쳐 점진적으로 어두워졌다. 이는 천체 주위의 얇은 가스층, 즉 대기가 존재할 때 나타나는 전형적 현상이다. 연구팀은 이 대기가 지구보다 약 500만~1000만 배 더 희박한 것으로 계산했고 얼음 화산에서 방출되는 가스에 의해 유지되거나 최근 혜성 같은 천체의 충돌 이후 방출된 물질로 형성된 단기적 대기층일 것이라고 추정했다. 연구를 이끈 고 아리마츠 교토대 교수는 “이 발견은 밀도 높은 대기가 거대 행성 주위에만 형성된다는 기존의 가설에 도전하는 것으로 태양계 가장자리에 위치한 상대적으로 작은 천체들도 일시적으로 대기를 가질 수 있음을 보여준다”며 “추가적인 성식 관측이나 우주 망원경을 이용한 정밀 측정으로 이렇게 형성된 대기가 시간 변화에 따라 어떻게 변하고 형성되는지에 대해 연구할 것”이라고 밝혔다.

태양계 행성은 일정한 거리를 두고 태양 주위를 공전하기 때문에 수십억 년간 서로 충돌할 위험 없이 공전할 수 있다. 하지만 태양계 초기 상황은 이와 많이 달랐다. 과학자들은 초기 태양계에 수십 개의 미행성이 존재했고 이들이 서로 충돌하면서 현재와 같은 태양계를 형성했다고 보고 있다. 예를 들어 지구 역시 초기에 화성 정도의 원시 행성인 테이아와 충돌했고 그 결과 지구와 달이 만들어진 것으로 분석된다. 과학자들은 원시 행성 간 충돌이 드문 일이 아니라고 예상해 왔지만, 실제 행성 충돌의 증거를 확보하지는 못했다. 매우 드물게 일어나는 일인 데다 설령 충돌한다고 해도 지구에서 관측하기 쉽지 않기 때문이다. 26일 학계에 따르면 워싱턴대의 아나스타시오스 차니다키스와 동료들은 우연한 기회에 외계 행성 충돌의 증거를 발견했다. 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 가이아 탐사선 데이터를 분석하던 중 2020년 전 자료에서 이상한 밝기 변화를 보이는 별을 확인했고, 이를 조사한 결과 행성 충돌의 증거를 찾아냈다. 연구팀이 발견한 가이아 20ehk(Gaia20ehk)는 은하계 중심 방향으로 지구에서 1만 1000광년 정도 떨어진 별로 2016년 전까지는 평범한 별이었다. 그런데 2016년부터 세 차례에 걸쳐 밝기가 급격히 감소한 후 2021년경에는 불규칙한 밝기 변화를 거듭했다. 이와 같은 불규칙한 변화는 이 별을 가리는 다른 천체가 어두운 별이나 지나가는 행성이 아니라 급격히 변하고 있는 먼지 구름 같은 형태라는 점을 암시한다. 여기에 전에는 한 번도 이런 밝기 변화를 보인 적이 없다는 점을 고려하면 갑작스럽게 발생한 일로 볼 수 있다. 연구팀은 추가 관측을 통해 가이아 20ehk의 적외선 광도 곡선이 가시광선 곡선과 완전히 반대라는 사실을 발견했다. 가시광선이 깜빡거리며 어두워지기 시작했을 때 적외선은 급격히 증가했는데, 이는 별을 가리고 있는 물질이 매우 뜨거워 적외선 영역에서 강한 빛을 내고 있다는 의미다. 이 모든 내용을 종합할 때 연구팀이 내놓은 가장 가능성 높은 설명은 행성 간 충돌이다. 행성 충돌 후 생성된 지 얼마 안 된 막대한 양의 뜨거운 먼지 구름이 별의 빛을 가릴 뿐 아니라 그 모양도 변하면서 별의 밝기도 이상하게 변했다고 설명하면 관측 데이터를 잘 뒷받침할 수 있다. 여기에 충돌한 위치 역시 지구와 태양 사이 거리인데, 과거 지구와 테이아가 충돌을 일으킨 궤도와 흡사하다. 이번 연구는 매우 드물게 일어나는 행성 간 충돌을 실시간으로 포착했다는 데 큰 의의가 있다. 앞으로 과학자들은 이 별의 밝기 변화를 지속적으로 관측해 행성 충돌 후 어떤 변화가 일어나는지 알아낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

우리에게 익숙한 소행성은 표면에 수많은 크레이터가 있는, 작은 달 같은 모습이다. 따라서 2019년 나사(NASA·미 항공우주국)의 뉴허라이즌스 호가 태양계에서 가장 먼 소행성인 486958 아로코스(Arrokoth, 이전 명칭: 2014 MU69)의 모습을 전송해 왔을 때 많은 사람들이 놀라지 않을 수 없었다. 아로코스는 일반적으로 상상하는 소행성의 이미지와 달리 두 개의 구형 얼음 천체가 붙어 있는 ‘눈사람’ 모양이기 때문이다. 과학자들은 아로코스가 단순히 겉보기만 그런 것이 아니라, 실제로 두 개의 소행성이 접촉해 형성된 접촉 쌍성계(contact binary)라는 사실을 알아냈다. 2020년 나사의 뉴허라이즌스 팀은 두 개의 소행성이 시속 15km의 느린 속도로 가까이 붙어 접촉 쌍성계를 형성한 결과로 분석했다. 하지만 다른 과학자들은 여기에 의문을 품고 새로운 가설을 제시했다. 8일 학계에 따르면 미시간 주립대 대학원생인 잭슨 반스가 이끄는 미국 미시간 주립대학교 연구팀은 새로운 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 일어나기 힘든 소행성 충돌보다 ‘중력 붕괴’(gravitational collapse) 과정이 눈사람 형태를 자연스럽게 만들어낼 수 있음을 입증했다. 이 연구는 왕립 천문학회 월간회보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표됐다. 아로코스 같은 눈사람 모양의 소행성은 태양계 외곽에 있는 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)에 생각보다 흔해 전체 소행성의 약 10%를 차지하는 것으로 추정된다. 그러나 왜 흔한지는 오랫동안 과학자들 사이에서 논란이 되어 왔다. 간단히 접촉에 의해 생성되기엔 소행성 간의 거리가 매우 멀기 때문이다. 카이퍼 벨트는 화성과 목성 사이의 소행성대와 달리, 천체들이 수백만 km 이상 떨어져 있어 충돌 확률이 극히 낮다. 따라서 충돌설로는 이렇게 접촉 쌍성계가 흔한 이유를 설명할 수 없다. 연구팀은 보다 현실적인 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 태양계 초기에 어떻게 카이퍼 벨트 소행성들이 형성되는지 분석했다. 이전의 컴퓨터 모델들은 충돌하는 천체를 흐르는 덩어리로 취급해, 두 개의 덩어리로 된 독특한 눈사람 형태를 구현할 수 없었지만, 미시간 주립대의 사이버 연구소(ICER)의 고성능 컴퓨팅 클러스터와 새로운 모델 덕분에 이번 연구에서는 천체들이 자기 강도를 유지하면서 서로 부딪히고 접촉하는 현실적인 환경을 시뮬레이션 하는데 성공했다. 연구팀은 태양계 초기 원시행성계 원반(protoplanetary disk)의 먼지 입자들이 점차 뭉쳐져 소행성 크기의 원시 미행성(planetesimal)이 형성되는 과정부터 시뮬레이션 했다. 그리고 이 과정에서 성운이 회전하면서 물질이 안쪽으로 빨려 들어가면, 일부 미행성들이 찢어져 서로 공전하는 두 개의 미행성이 생성될 수 있다는 점을 확인했다. 이 시뮬레이션에서 두 천체는 나선형 궤도를 따라 안쪽으로 이동해 서로 부드럽게 접촉하고 융합하여 최종적으로 눈사람 형태의 접촉 쌍성계를 만들었다. 연구를 주도한 미시간 주립대의 셋 제이컵슨 교수는 “접촉 쌍성계가 전체 소행성의 10%를 차지한다면, 그 형성 과정은 희귀한 일이 될 수 없다”며, “중력 붕괴는 우리가 관측한 것과 잘 맞는 설명”이라고 강조했다. 하지만 반대로 카이퍼 벨트 소행성의 충돌 확률이 낮기 때문에 일단 형성된 접촉 쌍성계는 다른 소행성 충돌로 분리되지 않고, 오랜 시간 동안 안정적으로 존재할 수 있다. 실제로 아로코스 표면에는 크레이터나 충돌 흔적이 거의 없는데, 이는 오랜 시간 동안 충돌 없이 안정적으로 유지됐다는 증거다. 연구팀은 이 모델이 3개 이상의 천체로 구성된 다중성계(triple or higher-order binaries)의 형성 메커니즘을 이해하는 데도 도움이 될 것으로 보고 있다. 현재 연구팀은 더 정밀한 중력 붕괴 모델을 개발 중이며, 향후 NASA의 탐사 임무를 통해 카이퍼 벨트의 더 많은 ‘눈사람’ 소행성이 발견될 것으로 기대하고 있다.

초등학교 과학 시간에 지구는 지각-맨틀-외핵-내핵의 구조로 이뤄졌다고 배웠습니다. 지구 중심에 있는 철 덩어리인 ‘내핵’은 지구 자기장을 유지하는 동력입니다. 지구 핵은 약 46억년 전 지구 형성 초기에 태양계를 떠돌던 작은 천체인 미행성체들과 충돌하면서 발생한 열과 중력으로 밀도가 높은 철과 니켈 성분이 중심부로 가라앉으면서 형성됐다고 알려져 있습니다. 지구의 핵은 철과 니켈이 95%, 나머지 5%에는 다양한 성분이 포함돼 있습니다. 그중에는 수소도 있는데 수소의 정확한 양과 기원에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았습니다. 중국 베이징대 지구·우주과학부, 스위스 취리히 연방 공과대(ETH 취리히) 지구화학 및 암석학 연구소, 광학·전자현미경 과학연구센터 공동 연구팀은 지구 핵에 포함된 수소의 대부분은 미행성체 충돌이 아닌 지구 형성 과정에서 포함됐을 것이라고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 11일 자에 실렸습니다. 지구의 금속 핵에 다량의 수소가 포함돼 있을 것이라는 연구들이 많지만, 그 양을 추정하는 것은 쉽지 않은 문제였습니다. 간접 측정에 기반했기 때문에 추정치들의 편차가 컸습니다. 이에 연구팀은 지구 핵이 형성된 압력과 온도를 실험실에서 재현함으로써 비교적 정확하게 추정하는 데 성공했습니다. 연구팀은 실험을 통해 핵을 형성하는 철 합금 내 규소와 산소가 풍부한 나노구조 안에서 수소를 원자 수준에서 관찰했습니다. 그 결과, 철 합금 속에서 규소와 수소가 1:1 비율로 결합한다는 규칙성을 발견하고 이를 통해 전체 수소량을 역산했습니다. 연구팀은 이 수치와 지구 핵의 실리콘 함량에 관한 기존 연구 결과를 활용해 지구의 핵에는 무게 기준으로 0.07~ 0.36%의 수소를 포함하고 있을 것이라 추정했습니다. 이는 현재 바다에 존재하는 수소의 최대 45배에 해당하는 양입니다. 이 정도 양의 수소는 미행성체 충돌과 같은 외부 공급이 아닌 지구의 행성 형성 단계에 얻어졌을 가능성이 크다는 것을 보여준다고 연구팀은 설명했습니다. 황둥양 베이징대 교수(지구 진화학)는 “이번 연구는 핵이 지구 최대 수소 저장고라는 점을 보여준다”며 “지구 핵에 수소가 많다는 것은 핵의 밀도가 생각보다 낮은 이유를 설명해 주고, 지구 자기장 형성이나 내부 열 순환을 이해하는 데 중요한 기초 자료가 될 것”이라고 말했습니다.

지구를 비롯한 태양계 8개 행성과 소행성, 혜성들은 모두 46억 년 전 원시 태양 주위에 형성된 먼지와 가스의 모임인 ‘원시 행성계 원반’(protoplanetary disc)에서 생겨났다. 물론 과학자들이 그때로 돌아가서 이를 관측한 것은 아니지만, 생성 단계에 있는 원시별과 원시 행성계 원반을 다수 관찰해 일반적인 행성계의 생성 과정을 파악했기 때문에 자신 있게 이야기할 수 있다. 하지만 그렇다고 해서 행성계 생성의 모든 의문점이 풀린 것은 아니다. 과학자들은 초기 생성 단계의 원시 행성계 원반이나 태양계처럼 이미 생성된 지 상당한 시간이 흐른 행성계는 많이 관측했지만, 그 중간 청소년기에 해당하는 아직 어린 행성계는 많이 관측하지 못했다. 이 단계에서는 원시 행성계 원반을 이루는 가스와 먼지가 거의 흩어져 관측이 힘들기 때문이다. 2일 학계에 따르면 영국 엑세터 대학의 세바스티앙 마리노가 이끄는 유럽과 미국의 ARKS(ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures) 연구팀은 지상에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA를 이용해 초기 원시 행성계 원반과 완성된 행성계의 중간 단계에 있는, 청소년기 행성계 24개를 자세히 관측했다. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 칠레 고원 지대에 설치된 여러 개의 고성능 전파 망원경 어레이로 이름처럼 밀리미터파와 서브 밀리미터파 같은 긴 파장의 전파를 관측하는 망원경이다. 이 파장에서는 가스와 먼지를 관측하기 쉽기 때문에 원시 행성계 원반이 어느 정도 행성과 소행성으로 정리되고 남은 ‘잔해 원반’(debris disc)도 관측할 수 있다. 과학자들은 ALMA의 뛰어난 성능 덕분에 다른 방법으로는 관측하기 힘든 잔해 원반(사진)을 확인할 수 있었다. 언뜻 생각하기에 잔해 원반은 결국 행성과 소행성이 형성되고 남은 잔해에 불과하기 때문에 별다른 움직임이 없을 것으로 생각된다. 하지만 실제 관측 결과 연구팀은 잔해 원반이 생각보다 훨씬 복잡하고 역동적임을 확인했다. 예를 들어 관측한 잔해 원반의 3분의1 이상의 원반에서 뚜렷한 구조(다중 고리, 간극 등)가 발견됐다. 연구팀은 ARKS가 발견한 비대칭성·아크 구조가 보이지 않는 행성의 중력, 과거 충돌, 행성 이동의 흔적일 가능성이 높다고 보고 있다. 다시 말해 이미 생성된 행성의 경우라도 서로 충돌을 통해 새로운 파편을 생성하거나 생성된 행성과 미세 행성에 대규모 소행성 충돌이 일어나고 있다는 뜻이다. 과학자들은 우리 태양계 역시 초기에 수많은 소행성과 원시 행성이 충돌하는 역동적인 과정을 겪었다는 사실을 알고 있다. 예를 들어 원시 지구와 테이아라는 화성 크기의 원시 행성이 충돌한 결과 현재의 지구와 달이 생성됐다. 그리고 그 밖에 태양계 많은 천체에 큰 충돌을 겪었던 흔적이 남아 있다. 옆으로 누운 채 자전하는 천왕성이 그 대표적인 사례로 지구보다 큰 원시 행성과 충돌한 결과로 추정된다. ALMA가 이번에 관측한 청소년기 행성계는 이런 일이 과거 태양계에서만 일어났던 것이 아니라 지금도 성장 중인 행성계에서 일어나고 있음을 시사한다. 외계 행성계도 좌충우돌하며 성장한다는 이야기다. 하지만 이런 성장통이 없었다면 현재의 지구도 없었을 것이다. 묘하게 인간과 비슷한 행성의 성장 과정이 아닐 수 없다.

지구를 비롯한 태양계 8개 행성과 소행성, 혜성들은 모두 46억 년 전 원시 태양 주위에 형성된 먼지와 가스의 모임인 ‘원시 행성계 원반’(protoplanetary disc)에서 생겨났다. 물론 과학자들이 그때로 돌아가서 이를 관측한 것은 아니지만, 생성 단계에 있는 원시별과 원시 행성계 원반을 다수 관찰해 일반적인 행성계의 생성 과정을 파악했기 때문에 자신 있게 이야기할 수 있다. 하지만 그렇다고 해서 행성계 생성의 모든 의문점이 풀린 것은 아니다. 과학자들은 초기 생성 단계의 원시 행성계 원반이나 태양계처럼 이미 생성된 지 상당한 시간이 흐른 행성계는 많이 관측했지만, 그 중간 청소년기에 해당하는 아직 어린 행성계는 많이 관측하지 못했다. 이 단계에서는 원시 행성계 원반을 이루는 가스와 먼지가 거의 흩어져 관측이 힘들기 때문이다. 2일 학계에 따르면 영국 엑세터 대학의 세바스티앙 마리노가 이끄는 유럽과 미국의 ARKS(ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures) 연구팀은 지상에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA를 이용해 초기 원시 행성계 원반과 완성된 행성계의 중간 단계에 있는, 청소년기 행성계 24개를 자세히 관측했다. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 칠레 고원 지대에 설치된 여러 개의 고성능 전파 망원경 어레이로 이름처럼 밀리미터파와 서브 밀리미터파 같은 긴 파장의 전파를 관측하는 망원경이다. 이 파장에서는 가스와 먼지를 관측하기 쉽기 때문에 원시 행성계 원반이 어느 정도 행성과 소행성으로 정리되고 남은 ‘잔해 원반’(debris disc)도 관측할 수 있다. 과학자들은 ALMA의 뛰어난 성능 덕분에 다른 방법으로는 관측하기 힘든 잔해 원반(사진)을 확인할 수 있었다. 언뜻 생각하기에 잔해 원반은 결국 행성과 소행성이 형성되고 남은 잔해에 불과하기 때문에 별다른 움직임이 없을 것으로 생각된다. 하지만 실제 관측 결과 연구팀은 잔해 원반이 생각보다 훨씬 복잡하고 역동적임을 확인했다. 예를 들어 관측한 잔해 원반의 3분의1 이상의 원반에서 뚜렷한 구조(다중 고리, 간극 등)가 발견됐다. 연구팀은 ARKS가 발견한 비대칭성·아크 구조가 보이지 않는 행성의 중력, 과거 충돌, 행성 이동의 흔적일 가능성이 높다고 보고 있다. 다시 말해 이미 생성된 행성의 경우라도 서로 충돌을 통해 새로운 파편을 생성하거나 생성된 행성과 미세 행성에 대규모 소행성 충돌이 일어나고 있다는 뜻이다. 과학자들은 우리 태양계 역시 초기에 수많은 소행성과 원시 행성이 충돌하는 역동적인 과정을 겪었다는 사실을 알고 있다. 예를 들어 원시 지구와 테이아라는 화성 크기의 원시 행성이 충돌한 결과 현재의 지구와 달이 생성됐다. 그리고 그 밖에 태양계 많은 천체에 큰 충돌을 겪었던 흔적이 남아 있다. 옆으로 누운 채 자전하는 천왕성이 그 대표적인 사례로 지구보다 큰 원시 행성과 충돌한 결과로 추정된다. ALMA가 이번에 관측한 청소년기 행성계는 이런 일이 과거 태양계에서만 일어났던 것이 아니라 지금도 성장 중인 행성계에서 일어나고 있음을 시사한다. 외계 행성계도 좌충우돌하며 성장한다는 이야기다. 하지만 이런 성장통이 없었다면 현재의 지구도 없었을 것이다. 묘하게 인간과 비슷한 행성의 성장 과정이 아닐 수 없다.

달에 천체가 떨어지는 놀라운 장면이 카메라에 포착됐다. 지난 5일(현지시간) 미국 뉴욕타임스 등 외신은 일본의 천문학자가 지난달 30일과 지난 1일 연이어 달에서 큰 섬광을 포착했다고 보도했다. 실제 촬영된 영상을 보면 달 표면에서 번쩍하며 작은 점 하나가 밝아졌다가 사라지는 모습이 확인된다. 이는 천체가 달에 떨어지면서 충돌한 것으로 이 과정에서 크레이터가 생성된 것으로 추정된다. 영상을 촬영한 히라츠카시 박물관 천문학자 후지이 다이치는 “달에 떨어진 천체는 타우리드 유성우의 일부로 시속 약 9만 7200㎞로 달에 35도 각도로 떨어졌다”면서 “천체의 추정 질량은 0.2㎏으로 약 3m 너비의 크레이터를 만들었을 것으로 보인다”고 설명했다. 이처럼 작은 질량의 천체로도 달에 섬광과 크레이터를 생성하는 이유는 빠른 속도와 달의 대기가 없기 때문이다. 일반적으로 태양 주위를 도는 암석 등 천체가 지구로 날아오면 대기층에서 마찰로 인해 가열되면서 빛을 낸다. 이를 유성이라 부르는데, 달의 경우 대기가 없어 그대로 표면에 충돌한다. 지구는 대기라는 ‘방어망’ 덕에 천체의 피해를 덜 받지만 태양계의 주요 소행성대와 가까운 화성의 경우 이 피해가 훨씬 크다. 특히 화성은 지구 대기의 1% 수준으로 매우 희박해 달처럼 거의 그대로 충격을 받는데 지표면에 수많은 충돌구가 있다.

달에 천체가 떨어지는 놀라운 장면이 카메라에 포착됐다. 지난 5일(현지시간) 미국 뉴욕타임스 등 외신은 일본의 천문학자가 지난달 30일과 지난 1일 연이어 달에서 큰 섬광을 포착했다고 보도했다. 실제 촬영된 영상을 보면 달 표면에서 번쩍하며 작은 점 하나가 밝아졌다가 사라지는 모습이 확인된다. 이는 천체가 달에 떨어지면서 충돌한 것으로 이 과정에서 크레이터가 생성된 것으로 추정된다. 영상을 촬영한 히라츠카시 박물관 천문학자 후지이 다이치는 “달에 떨어진 천체는 타우리드 유성우의 일부로 시속 약 9만 7200㎞로 달에 35도 각도로 떨어졌다”면서 “천체의 추정 질량은 0.2㎏으로 약 3m 너비의 크레이터를 만들었을 것으로 보인다”고 설명했다. 이처럼 작은 질량의 천체로도 달에 섬광과 크레이터를 생성하는 이유는 빠른 속도와 달의 대기가 없기 때문이다. 일반적으로 태양 주위를 도는 암석 등 천체가 지구로 날아오면 대기층에서 마찰로 인해 가열되면서 빛을 낸다. 이를 유성이라 부르는데, 달의 경우 대기가 없어 그대로 표면에 충돌한다. 지구는 대기라는 ‘방어망’ 덕에 천체의 피해를 덜 받지만 태양계의 주요 소행성대와 가까운 화성의 경우 이 피해가 훨씬 크다. 특히 화성은 지구 대기의 1% 수준으로 매우 희박해 달처럼 거의 그대로 충격을 받는데 지표면에 수많은 충돌구가 있다.

2003년 세계에서 세 번째로 유인 우주 비행에 성공한 뒤 ‘우주굴기’를 통해 미국과 ‘스타워즈’를 벌이고 있는 중국이 달 탐사 로봇개를 훈련 중이다. 중국 명문 베이징대는 지난달 28일 소셜미디어를 통해 컴퓨터과학부에서 달 탐사 임무를 위해 두 마리의 특수 로봇견을 개발했으며, 한 동굴에서 시험을 거쳤다고 밝혔다. 중국 헤이룽장성 무단장시의 용암 동굴은 달의 지하 환경과 놀랍도록 유사한데 특히 일부 구역은 인간이 통과할 수 없을 정도로 갑자기 좁아져 로봇개가 필수적이다. 맞춤형 로봇견은 자율적으로 탐색하고, 장애물을 피하며, 동굴 안에서 고정밀 3D 구조물을 기록해 지도를 만들 수 있는 것으로 알려졌다. 특히 라이더(빛 감지 및 거리 측정)란 원격 감지 기술을 탑재해 공간 데이터를 제공한다. 한 로봇견은 땅을 파는데 특출난 개미핥기에서 영감을 얻어 유연한 로봇 팔과 이동식 플랫폼을 결합한 모습을 하고 있다. 또 다른 로봇견은 도롱뇽이란 이름이 붙었는데 변형 가능한 부드러운 바퀴가 특징으로 험난한 지형을 탐색하고 정찰을 수행하는 데 적합하다. 달 지하는 표면의 강렬한 방사선과 극심한 온도 변화로부터 보호받을 수 있기때문에 유인 달 기지를 건설하기에 최적의 장소로 여겨진다. 베이징대 지구우주과학부의 리자치 연구원은 “달 표면의 낮과 밤의 온도 차이가 300도를 넘고, 최저 기온은 영하 183도까지 내려갈 수 있다”고 말했다. 비슷한 이유로 미국과 스페인 등 서방 국가들도 달 탐사를 위한 로봇 개를 개발해 유사한 환경의 용암 동굴에서 시험 중이다. 지구와 달에서는 대규모 화산 활동이 있었으며, 용암 동굴 형성 과정은 두 천체가 매우 유사하다. 용암 동굴과 함께 운석 충돌구 역시 지구와 달에서 공통적으로 나타나는 지형이다. 2024년 베이징대는 홍콩대 등과 함께 랴오닝성 안산시 슈옌 만주족 자치현에 ‘운석 충돌구 비교 행성학’ 교육 실습 기지를 설립했다. 전 세계적으로 확인된 운석 충돌구는 약 200개이며 이 가운데 중국에서는 모두 4곳이 확인됐는데, 이 곳에서 중국 학생들은 우주 자원 개발 탐구 활동을 벌였다. 중국과학원은 2026년 발사 예정인 달 남극 탐사선 창어 7호에 지진계를 장착해 달의 지진을 연구하고 달 내부를 탐사할 계획이다. 중국은 러시아와 협력해 2030년쯤 달에 국제 연구 기지를 건설할 계획도 갖고 있다.

2014년 12월 발사된 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 무인 소행성 탐사선 ‘하야부사 2호’(사진)는 4년 넘게 52억㎞를 날아 2019년 소행성 ‘류구’ 표면에 착륙해 탐사한 다음 이듬해 약 5.4g의 암석 시료를 지구로 보내왔다. 소행성은 약 46억년 전 태양계가 생겨났을 당시 흔적이 담겨 있는 타임캡슐 같은 존재로, 이를 분석하면 태양계가 어떻게 탄생했는지 실마리를 얻을 수 있다. 일본, 프랑스, 미국, 한국, 덴마크, 독일, 중국, 호주, 영국, 스위스 10개국 국제 공동 연구팀은 지구 근처 소행성 류구의 모체(parent body) 내에 유체(물)가 형성된 뒤 10억년 이상 흐르고 있었을 것이라는 사실을 확인했다. 이 연구에는 일본 도쿄대, 해양연구개발기구(JAMSTEC), 국립 양자 과학기술연구원 간사이 광과학연구소를 중심으로 프랑스 소르본대, 미국 카네기 과학연구소, 항공우주국(NASA) 존슨 우주센터, 한국 기초과학지원연구원, 서울대, 극지연구소, 덴마크 코펜하겐대, 독일 바이로이트대, 중국 홍콩대, 호주 퀸즐랜드대, 영국 자연사박물관, 스위스 취리히 연방 공과대(ETH Zurich) 등 57개 대학과 연구기관이 참여했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 9월 11일 자에 실렸다. 류구같이 우주에서 움직이는 소행성 관측이 중요한 것은 지구 대기권을 통과한 운석과 달리 지구 환경에 오염됐을 가능성이 작아 광물 입자의 화학 성분을 분석하면 형성 과정은 물론 형성 위치까지 확인할 수 있기 때문이다. 류구는 탄소와 물이 풍부한 C형(탄소질) 소행성이다. 탄소질 소행성은 태양계 소행성대의 외곽 지역에서 가장 흔한 천체다. 이들은 태양계 외곽에서 먼지와 얼음으로 형성됐고, 지구형 행성에 물과 기타 물질을 전달했을 가능성이 큰 것으로 알려졌다. 이런 소행성에서 수성(水性) 활동을 파악하면 행성의 진화에 대해 훨씬 이해하기 쉽다. 류구를 포함한 일부 탄소질 소행성 분석에서 모체 형성 후 몇백만 년 이내에 유체·암석 상호작용이 있다는 것을 확인했지만 그보다 더 오래된 수성 활동에 대해서는 잘 알려지지 않았다. 연구팀은 표본 분석으로 루테튬(Lu) 176이 하프늄(Hf) 176으로 바뀌는 동위원소 붕괴 과정을 관찰했다. 보통 동위원소 분석은 연대 측정에 사용되지만 이번에는 류구의 모체에서 유체 흐름의 시기를 판단하는 데 활용됐다. 분석 결과, 류구가 형성된 뒤 10억년 이상이 지날 때까지 Lu 176이 상당히 많았으며, Hf 176은 10억년이 지난 뒤에나 나타난 것으로 확인됐다. 물 때문에 Lu 176 붕괴가 늦춰졌다는 말이다. 또 유체 이동은 열을 발생시키는 충돌로 촉발됐으며 이에 따라 얼음이 녹고 소행성에 균열이 생겨 유체가 흐를 수 있게 됐을 것이라고 추정했다. 연구를 이끈 이즈카 쓰요시 도쿄대 교수(고체 지구과학)는 “이번 연구 결과는 류구 같은 탄소질 소행성으로 알려진 천체들이 이전에 생각했던 것보다 2~3배 더 많은 물을 지구형 행성에 전달했을 가능성을 보여 준다”고 말했다.

점점 꼬리가 길어지는 3I/ATLAS(3I/아틀라스)오는 12월 지구에 2억 7000만㎞까지 접근 역사상 세 번째로 다른 별에서 온 천체가 점점 정체를 드러내고 있다. 최근 과학 매체 라이브사이언스 등 외신은 인터스텔라(interstellar·성간) 천체인 ‘3I/ATLAS’(3I/아틀라스)의 꼬리가 점점 자라고 있는 모습이 망원경에 포착됐다고 보도했다. 실제 지난달 27일 칠레 안데스산맥에 있는 제미니 사우스 망원경으로 촬영한 사진을 보면, 3I/아틀라스의 꼬리 모습이 명확하게 드러난다. 또한 3I/아틀라스의 본체인 핵(Nucleus)​과 그 주위를 둘러싼 먼지와 가스인 코마(coma)도 더욱 뚜렷하게 보이는데, 이는 태양에 가까워지면서 얼음과 먼지가 가열되기 때문이다. 3I/아틀라스가 혜성인 과학적 증거 이는 3I/아틀라스가 혜성이라는 증거로 태양에 가깝게 접근하면 할수록 지금보다 더 커지고 화려해질 전망이다. 일반적으로 혜성은 얼음과 먼지로 이루어져 있어 태양에 가깝게 접근하면 내부 성분이 녹으면서 녹색빛 등의 아름다운 꼬리를 남긴다. 사진을 분석한 미국 하와이 대학 천문학연구소 캐런 미치 박사는 “3I/아틀라스의 색깔은 코마 내 먼지 입자의 구성과 크기에 대한 단서를 제공한다”면서 “스펙트럼을 통해 처음으로 화학적 성분을 엿볼 수 있다”고 설명했다. 이어 “이 사진은 과학적 이정표이자 경이로움의 원천”이라면서 “우리 태양계가 광활하고 역동적인 은하계의 일부일 뿐이며 3I/아틀라스와 같은 찰나의 방문객이라도 오래도록 기억에 남는 영향을 보여준다”고 밝혔다. 앞서 3I/아틀라스는 6월 25~29일 칠레에 있는 ‘소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템’(ATLAS) 망원경 관측을 통해 처음으로 존재가 확인됐다. 크기는 약 11㎞ 정도로, 현재 목성과 화성 사이 소행성대 너머에서 우리 쪽으로 빠른 속도로 접근하고 있다. 아직 3I/아틀라스의 정확한 기원은 밝혀지지 않았으나 현재까지 연구 결과로는 태양계보다 훨씬 오래됐을 가능성이 높다. 또한 제임스 웹 우주망원경의 관측 결과 3I/아틀라스가 일반적인 다른 혜성들과 비교해 물과 이산화탄소 함량이 비정상적으로 높다는 것이 확인됐다. 전문가들이 3I/아틀라스를 성간 천체로 보는 이유는 태양계를 가로지르는 기묘한 경로와 엄청난 속도 때문이다. 실제로 3I/아틀라스는 시속 21만㎞로 비행 중인데, 이는 태양의 중력에서 탈출하는 데 필요한 것보다 더 빠른 속도다. 3I/아틀라스는 오는 10월 23일 태양과 가장 가까운 근일점에 도달하며, 12월경 지구와는 2억 7000만㎞, 화성과는 3000만㎞ 내로 접근할 예정이다. 역대 발견된 성간 천체는 오무아무아와 보리소프 한편 지금까지 천문학계에서 확인된 ‘성간 방문객’은 단 2개뿐인데 2017년 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형의 ‘오무아무아’(Oumuamua)가 처음으로 발견됐다. 하와이말로 ‘제일 먼저 온 메신저’를 뜻하는 오무아무아는 길이가 400m 정도의 천체로 일각에서는 외계 탐사선을 가능성이 있다고 주장하며 화제를 모았다. 오무아무아의 정식 명칭은 ‘1I/2017 U1’로, 이름에 붙은 ‘1I’의 의미도 첫 번째 인터스텔라라는 뜻이다. 두 번째 방문객은 2019년 태양계를 지나간 ‘2I/보리소프’(2I/Borisov)로 혜성인 것으로 알려졌다.

역사상 세 번째로 다른 별에서 온 천체가 점점 정체를 드러내고 있다. 최근 과학 매체 라이브사이언스 등 외신은 인터스텔라(interstellar·성간) 천체인 ‘3I/ATLAS’(3I/아틀라스)의 꼬리가 점점 자라고 있는 모습이 망원경에 포착됐다고 보도했다. 실제 지난달 27일 칠레 안데스산맥에 있는 제미니 사우스 망원경으로 촬영한 사진을 보면, 3I/아틀라스의 꼬리 모습이 명확하게 드러난다. 또한 3I/아틀라스의 본체인 핵(Nucleus)​과 그 주위를 둘러싼 먼지와 가스인 코마(coma)도 더욱 뚜렷하게 보이는데, 이는 태양에 가까워지면서 얼음과 먼지가 가열되기 때문이다. 3I/아틀라스가 혜성인 과학적 증거 이는 3I/아틀라스가 혜성이라는 증거로 태양에 가깝게 접근하면 할수록 지금보다 더 커지고 화려해질 전망이다. 일반적으로 혜성은 얼음과 먼지로 이루어져 있어 태양에 가깝게 접근하면 내부 성분이 녹으면서 녹색빛 등의 아름다운 꼬리를 남긴다. 사진을 분석한 미국 하와이 대학 천문학연구소 캐런 미치 박사는 “3I/아틀라스의 색깔은 코마 내 먼지 입자의 구성과 크기에 대한 단서를 제공한다”면서 “스펙트럼을 통해 처음으로 화학적 성분을 엿볼 수 있다”고 설명했다. 이어 “이 사진은 과학적 이정표이자 경이로움의 원천”이라면서 “우리 태양계가 광활하고 역동적인 은하계의 일부일 뿐이며 3I/아틀라스와 같은 찰나의 방문객이라도 오래도록 기억에 남는 영향을 보여준다”고 밝혔다. 앞서 3I/아틀라스는 6월 25~29일 칠레에 있는 ‘소행성 지구 충돌 최종 경보 시스템’(ATLAS) 망원경 관측을 통해 처음으로 존재가 확인됐다. 크기는 약 11㎞ 정도로, 현재 목성과 화성 사이 소행성대 너머에서 우리 쪽으로 빠른 속도로 접근하고 있다. 아직 3I/아틀라스의 정확한 기원은 밝혀지지 않았으나 현재까지 연구 결과로는 태양계보다 훨씬 오래됐을 가능성이 높다. 또한 제임스 웹 우주망원경의 관측 결과 3I/아틀라스가 일반적인 다른 혜성들과 비교해 물과 이산화탄소 함량이 비정상적으로 높다는 것이 확인됐다. 전문가들이 3I/아틀라스를 성간 천체로 보는 이유는 태양계를 가로지르는 기묘한 경로와 엄청난 속도 때문이다. 실제로 3I/아틀라스는 시속 21만㎞로 비행 중인데, 이는 태양의 중력에서 탈출하는 데 필요한 것보다 더 빠른 속도다. 3I/아틀라스는 오는 10월 23일 태양과 가장 가까운 근일점에 도달하며, 12월경 지구와는 2억 7000만㎞, 화성과는 3000만㎞ 내로 접근할 예정이다. 역대 발견된 성간 천체는 오무아무아와 보리소프 한편 지금까지 천문학계에서 확인된 ‘성간 방문객’은 단 2개뿐인데 2017년 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형의 ‘오무아무아’(Oumuamua)가 처음으로 발견됐다. 하와이말로 ‘제일 먼저 온 메신저’를 뜻하는 오무아무아는 길이가 400m 정도의 천체로 일각에서는 외계 탐사선을 가능성이 있다고 주장하며 화제를 모았다. 오무아무아의 정식 명칭은 ‘1I/2017 U1’로, 이름에 붙은 ‘1I’의 의미도 첫 번째 인터스텔라라는 뜻이다. 두 번째 방문객은 2019년 태양계를 지나간 ‘2I/보리소프’(2I/Borisov)로 혜성인 것으로 알려졌다.

우리가 살고 있는 지구를 비롯한 태양계의 모든 천체는 약 46억년 전 원시 태양 주변을 감싸고 있던 거대한 가스와 먼지 원반, 즉 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)에서 탄생했다. 이 과정은 수십억 년 전의 일이라 직접 관측할 수는 없지만, 과학자들은 우주 곳곳에서 새롭게 태어나는 별과 그 주변의 원시 행성계 원반을 관측하며 우리 태양계의 탄생 과정을 재구성하고 있다. 최근 미 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 그리고 캐나다우주국(CSA)이 공동 운영하는 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 지구에서 약 525광년 떨어진 황소자리 별 생성 구역(Taurus star-forming region)에 위치한 원시 별 IRAS 04302+2247의 모습을 놀라울 만큼 선명하게 포착했다. 이 이미지는 마치 나비나 천사의 날개처럼 보이는 아름다운 구조물을 보여주며, 우리 태양계의 초기 모습을 엿볼 수 있는 귀중한 자료를 제공한다. 원반과 제트: 별의 성장과 진화 IRAS 04302+2247 이미지의 중심에는 어둡고 두꺼운 수평의 띠가 관측된다. 이 띠가 바로 별의 탄생지인 원시 행성계 원반이다. 중심부에 위치한 원시 별은 이 원반에 가려져 직접 보이지 않지만, 중력으로 주변의 가스와 먼지를 계속해서 끌어모으며 성장하고 있다. 이 원반의 지름은 약 650억㎞로, 태양계 전체의 크기를 훨씬 능가한다. 별이 성장하며 중심부의 압력과 온도가 임계점에 도달하면, 흡수되지 못한 물질들은 강력한 쌍극 제트(bipolar jets) 형태로 별의 양극에서 맹렬하게 뿜어져 나온다. IRAS 04302+2247 이미지에서 나비 날개처럼 보이는 거대한 구조물이 바로 이 쌍극 제트가 주변의 물질과 상호작용하며 빛을 반사하는 모습이다. 이러한 제트 방출은 별이 더 이상 물질을 끌어모으지 못하게 해 성장을 멈추게 하는 중요한 역할을 한다. 행성계의 탄생: 다음 단계로의 진화 원시 별의 성장이 멈추면, 남은 원시 행성계 원반은 행성 탄생의 요람이 된다. 원반 내의 물질들이 서로 충돌하고 합쳐지면서 행성으로 진화하며, 결국 쌍극 제트와 별의 강력한 복사 에너지에 의해 남은 가스와 먼지는 흩어지게 된다. 이로써 행성들이 안정적으로 공전하는 새로운 행성계가 완성된다. IRAS 04302+2247은 현재 행성계 탄생 직전의 역동적인 모습을 보여주고 있으며, 46억년 전 우리 태양계 역시 이와 같은 과정을 거쳤을 것으로 추정된다. 제임스 웹 우주 망원경은 적외선 관측을 통해 먼지와 가스 구름 너머의 숨겨진 별들을 볼 수 있게 해주고, 이처럼 생명체가 탄생할 수 있는 행성계가 어떻게 시작되었는지에 대한 중요한 단서를 제공하고 있다. 이러한 관측은 우리가 어디서 왔는지, 그리고 우주에 존재하는 수많은 행성계가 어떻게 탄생했는지에 대한 근원적인 질문에 답하는 데 큰 도움을 줄 것이다.

우리가 살고 있는 지구를 비롯한 태양계의 모든 천체는 약 46억년 전 원시 태양 주변을 감싸고 있던 거대한 가스와 먼지 원반, 즉 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)에서 탄생했다. 이 과정은 수십억 년 전의 일이라 직접 관측할 수는 없지만, 과학자들은 우주 곳곳에서 새롭게 태어나는 별과 그 주변의 원시 행성계 원반을 관측하며 우리 태양계의 탄생 과정을 재구성하고 있다. 최근 미 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 그리고 캐나다우주국(CSA)이 공동 운영하는 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 지구에서 약 525광년 떨어진 황소자리 별 생성 구역(Taurus star-forming region)에 위치한 원시 별 IRAS 04302+2247의 모습을 놀라울 만큼 선명하게 포착했다. 이 이미지는 마치 나비나 천사의 날개처럼 보이는 아름다운 구조물을 보여주며, 우리 태양계의 초기 모습을 엿볼 수 있는 귀중한 자료를 제공한다. 원반과 제트: 별의 성장과 진화 IRAS 04302+2247 이미지의 중심에는 어둡고 두꺼운 수평의 띠가 관측된다. 이 띠가 바로 별의 탄생지인 원시 행성계 원반이다. 중심부에 위치한 원시 별은 이 원반에 가려져 직접 보이지 않지만, 중력으로 주변의 가스와 먼지를 계속해서 끌어모으며 성장하고 있다. 이 원반의 지름은 약 650억㎞로, 태양계 전체의 크기를 훨씬 능가한다. 별이 성장하며 중심부의 압력과 온도가 임계점에 도달하면, 흡수되지 못한 물질들은 강력한 쌍극 제트(bipolar jets) 형태로 별의 양극에서 맹렬하게 뿜어져 나온다. IRAS 04302+2247 이미지에서 나비 날개처럼 보이는 거대한 구조물이 바로 이 쌍극 제트가 주변의 물질과 상호작용하며 빛을 반사하는 모습이다. 이러한 제트 방출은 별이 더 이상 물질을 끌어모으지 못하게 해 성장을 멈추게 하는 중요한 역할을 한다. 행성계의 탄생: 다음 단계로의 진화 원시 별의 성장이 멈추면, 남은 원시 행성계 원반은 행성 탄생의 요람이 된다. 원반 내의 물질들이 서로 충돌하고 합쳐지면서 행성으로 진화하며, 결국 쌍극 제트와 별의 강력한 복사 에너지에 의해 남은 가스와 먼지는 흩어지게 된다. 이로써 행성들이 안정적으로 공전하는 새로운 행성계가 완성된다. IRAS 04302+2247은 현재 행성계 탄생 직전의 역동적인 모습을 보여주고 있으며, 46억년 전 우리 태양계 역시 이와 같은 과정을 거쳤을 것으로 추정된다. 제임스 웹 우주 망원경은 적외선 관측을 통해 먼지와 가스 구름 너머의 숨겨진 별들을 볼 수 있게 해주고, 이처럼 생명체가 탄생할 수 있는 행성계가 어떻게 시작되었는지에 대한 중요한 단서를 제공하고 있다. 이러한 관측은 우리가 어디서 왔는지, 그리고 우주에 존재하는 수많은 행성계가 어떻게 탄생했는지에 대한 근원적인 질문에 답하는 데 큰 도움을 줄 것이다.

은하 중심에는 그 은하에서 가장 큰 질량을 지닌 블랙홀이 있다. 거대 질량 블랙홀(SMBH, SuperMassive BlackHole)은 태양 질량의 수백만 배에서 수십억 배에 달하는 거대한 몸집과 강한 중력으로 은하 전체를 조절하는 은하의 심장부라 할 수 있다. 거대 질량 블랙홀은 엄청난 물질을 흡수해 지금처럼 몸집을 불렸지만, 항상 많은 물질을 흡수할 수 있는 것은 아니다. 주변에 흡수할 수 있는 물질이 대부분 소진되면 가끔 블랙홀 주변으로 끌려온 운 나쁜 별을 종종 흡수하는 수준으로 만족해야 한다. 우리은하 중심 블랙홀 역시 이런 비활동성 은하핵이라고 할 수 있다. 하지만 은하의 충돌이나 혹은 다른 이유로 인해 은하 중심 블랙홀에 갑자기 새로운 물질이 활발하게 공급되는 경우가 생긴다. 이때 블랙홀 주변으로 너무 많은 물질이 유입되기 때문에 상당수의 물질은 블랙홀로 진입하지 못하고 오히려 초고온 물질의 빠른 흐름인 제트(jet)의 형태로 방출된다. 활동성 은하핵(AGN)이나 퀘이사의 정체도 사실 강력한 제트로 우주에서 가장 밝은 천체 활동이다. 그런데 사실 과학자들은 막대한 물질을 흡수하면서 강력한 제트를 내뿜는 거대 질량 블랙홀이 어떻게 활성화되는지 잘 알지 못했다. 그동안 관측한 것은 우리은하 중심 블랙홀처럼 활동을 멈춘 은하나 아니면 강한 에너지를 방출하는 활동성 은하핵 둘 중 하나로 잠자던 블랙홀이 어떻게 깨어나 활동을 시작하는지는 베일에 가려 있었다. 이탈리아 국립 천체물리학 연구소(INAF/IRA)와 볼로냐 대학 프란체스코 우베르토시가 이끄는 연구팀은 미국 국립과학재단(NSF)의 강력한 전파망원경인 VLBA(Very Long Baseline Array)와 VLA(Very Large Array)을 이용해 지구에서 60억 광년 떨어진 은하단인 ‘CHIPS 1911+4455’를 관측했다. 연구팀은 이곳에서 막 활동을 시작한 거대 질량 블랙홀의 증거를 찾아냈다. CHIPS 1911+4455 은하단 중심 블랙홀의 제트는 100광년 정도인데, 속도를 고려하면 제트가 본격적으로 분출된 것은 1000년 정도로 생각된다. 인간의 기준에서 보면 상당히 오래된 일이지만, 우주의 기준으로 보면 이제 막 분출을 시작한 제트로 볼 수 있다. 그리고 지금까지 발견된 것 가운데 가장 초기 활동 모습을 간직한 거대 블랙홀의 제트다. 연구팀은 이 제트가 뜨거운 가스를 주변으로 밀어내거나 혹은 시간이 지나면서 식는 냉각 현상을 아직 거치지 않은 매우 초기 단계라는 점을 확인했다. 따라서 거대 질량 블랙홀의 제트가 어떻게 진화하면서 활동성 은하핵이 되는지 확인할 수 있는 좋은 연구 대상이 될 것으로 보고 있다. 그리고 앞으로 연구를 진행하면서 이 거대 블랙홀의 질량이나 갑자기 활동을 시작한 이유에 대해서도 알아낼 수 있을 것으로 기대된다. 참고로 우리은하 중심 블랙홀이나 이웃한 안드로메다은하 중심 블랙홀 모두 현재 비활동 상태이지만, 수십억 년 후 두 은하가 충돌하면 유입되는 물질이 많아져 활발하게 에너지를 방출할 것으로 예상된다. 따라서 CHIPS 1911+4455는 사실 우리은하와 안드로메다은하의 미래의 모습일지도 모른다.

과학자들은 지구 밖 생명체의 존재 가능성을 꾸준히 연구해왔으며, 특히 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 엔켈라두스에 주목하고 있다. 이 두 얼음 위성은 목성과 토성의 강력한 중력으로 인한 조석력(Tidal Force) 때문에 내부의 얼음이 녹아 바다가 존재할 것으로 추정된다. 그러나 수십 ㎞에 달하는 두꺼운 얼음 지각이 탐사를 어렵게 하는 가장 큰 문제다. 다행히 이 두 위성은 내부의 물과 수증기를 우주 공간으로 분출하는 현상을 보이는데, 이는 직접 얼음을 뚫지 않고도 내부 물질을 분석할 기회를 제공한다. 지난해 발사된 미 항공우주국(NASA)의 유로파 클리퍼 탐사선은 2030년 유로파에 도착해 표면 25㎞ 상공을 지나며 상세 관측을 수행할 예정이다. 이때 유로파 표면에서 운좋게 분출된 물기둥을 통과한다면, 과학자들은 위성 내부의 화학적 조성을 분석해 생명체 존재의 단서를 찾을 수 있을 것이다. 분출 현상이 관측되지 않는다면 두꺼운 얼음 지각을 뚫고 내부 바다로 진입해야 한다. 수억 ㎞ 떨어진 곳에서 수십 ㎞ 얼음을 관통하는 것은 기술적으로나 비용적으로나 엄청난 난제다. 얼음 표면에서 생명체를 찾다: 새로운 탐사 시나리오 일부 과학자는 굳이 깊숙한 바다까지 탐사선을 보내지 않고 위성 표면에서 생명체를 찾을 가능성을 제시한다. 기존의 시나리오는 얼음 지각 얕은 부분에서 미생물이 햇빛을 받아 광합성으로 생존할 수 있다는 것이었다. 그러나 뉴욕대 아부다비 캠퍼스의 드미트라 아트리 박사는 더 급진적인 아이디어를 내놨다. 아트리 박사 연구팀은 지구의 일부 박테리아가 자연적으로 발생하는 전기를 이용해 에너지를 얻는다는 사실에 주목했다. 연구팀은 유로파와 같은 얼음 위성에서도 유사한 생명체가 존재할 수 있다고 주장한다. 유로파 표면에 쏟아지는 강력한 우주 방사선이 물 분자와 충돌해 전자를 방출하면, 이 전자의 에너지를 이용해 살아가는 미생물이 존재할 수 있다는 것이다. 연구팀은 이 에너지 획득 방식을 방사선 분해(Radiolysis)라고 명명했다. 만약 유로파에 이러한 형태의 미생물이 존재한다면, 수십 ㎞가 아닌 수십 m 깊이의 얼음만 뚫고 들어가도 생명체의 흔적을 발견할 수 있다. 아직은 이론적 가능성에 머물러 있지만, 이는 유로파 클리퍼 탐사선이 시도해 볼 수 있는 새로운 탐사 목표가 될 수 있다. 생명체 존재의 패러다임 전환: 우주를 바라보는 새로운 시각만약 방사선 분해를 통해 생존하는 생명체가 유로파나 엔켈라두스 표면 근처에서 발견된다면, 이는 우주에서 생명체가 존재할 수 있는 환경에 대한 우리의 인식을 완전히 바꿀 수 있다. 지금까지는 지구와 유사한 환경을 가진 행성이나 위성만을 생명체 존재 가능성이 높은 곳으로 간주해왔다. 그러나 이번 연구처럼 극한 환경에서도 생명체가 생존할 수 있다는 것이 증명된다면, 생명체가 존재할 수 있는 천체의 범위는 훨씬 더 넓어지게 된다. 현재 과학계에서 다양한 가능성과 추측이 제기되고 있지만, 유로파 클리퍼의 본격적인 탐사가 시작되면 그 실체에 한 걸음 더 다가설 수 있을 것이다. 5년 뒤 유로파 클리퍼가 보내올 데이터는 인류가 우주를 이해하는 방식을 완전히 변화시킬지도 모른다.

과학자들은 지구 밖 생명체의 존재 가능성을 꾸준히 연구해왔으며, 특히 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 엔켈라두스에 주목하고 있다. 이 두 얼음 위성은 목성과 토성의 강력한 중력으로 인한 조석력(Tidal Force) 때문에 내부의 얼음이 녹아 바다가 존재할 것으로 추정된다. 그러나 수십 ㎞에 달하는 두꺼운 얼음 지각이 탐사를 어렵게 하는 가장 큰 문제다. 다행히 이 두 위성은 내부의 물과 수증기를 우주 공간으로 분출하는 현상을 보이는데, 이는 직접 얼음을 뚫지 않고도 내부 물질을 분석할 기회를 제공한다. 지난해 발사된 미 항공우주국(NASA)의 유로파 클리퍼 탐사선은 2030년 유로파에 도착해 표면 25㎞ 상공을 지나며 상세 관측을 수행할 예정이다. 이때 유로파 표면에서 운좋게 분출된 물기둥을 통과한다면, 과학자들은 위성 내부의 화학적 조성을 분석해 생명체 존재의 단서를 찾을 수 있을 것이다. 분출 현상이 관측되지 않는다면 두꺼운 얼음 지각을 뚫고 내부 바다로 진입해야 한다. 수억 ㎞ 떨어진 곳에서 수십 ㎞ 얼음을 관통하는 것은 기술적으로나 비용적으로나 엄청난 난제다. 얼음 표면에서 생명체를 찾다: 새로운 탐사 시나리오 일부 과학자는 굳이 깊숙한 바다까지 탐사선을 보내지 않고 위성 표면에서 생명체를 찾을 가능성을 제시한다. 기존의 시나리오는 얼음 지각 얕은 부분에서 미생물이 햇빛을 받아 광합성으로 생존할 수 있다는 것이었다. 그러나 뉴욕대 아부다비 캠퍼스의 드미트라 아트리 박사는 더 급진적인 아이디어를 내놨다. 아트리 박사 연구팀은 지구의 일부 박테리아가 자연적으로 발생하는 전기를 이용해 에너지를 얻는다는 사실에 주목했다. 연구팀은 유로파와 같은 얼음 위성에서도 유사한 생명체가 존재할 수 있다고 주장한다. 유로파 표면에 쏟아지는 강력한 우주 방사선이 물 분자와 충돌해 전자를 방출하면, 이 전자의 에너지를 이용해 살아가는 미생물이 존재할 수 있다는 것이다. 연구팀은 이 에너지 획득 방식을 방사선 분해(Radiolysis)라고 명명했다. 만약 유로파에 이러한 형태의 미생물이 존재한다면, 수십 ㎞가 아닌 수십 m 깊이의 얼음만 뚫고 들어가도 생명체의 흔적을 발견할 수 있다. 아직은 이론적 가능성에 머물러 있지만, 이는 유로파 클리퍼 탐사선이 시도해 볼 수 있는 새로운 탐사 목표가 될 수 있다. 생명체 존재의 패러다임 전환: 우주를 바라보는 새로운 시각만약 방사선 분해를 통해 생존하는 생명체가 유로파나 엔켈라두스 표면 근처에서 발견된다면, 이는 우주에서 생명체가 존재할 수 있는 환경에 대한 우리의 인식을 완전히 바꿀 수 있다. 지금까지는 지구와 유사한 환경을 가진 행성이나 위성만을 생명체 존재 가능성이 높은 곳으로 간주해왔다. 그러나 이번 연구처럼 극한 환경에서도 생명체가 생존할 수 있다는 것이 증명된다면, 생명체가 존재할 수 있는 천체의 범위는 훨씬 더 넓어지게 된다. 현재 과학계에서 다양한 가능성과 추측이 제기되고 있지만, 유로파 클리퍼의 본격적인 탐사가 시작되면 그 실체에 한 걸음 더 다가설 수 있을 것이다. 5년 뒤 유로파 클리퍼가 보내올 데이터는 인류가 우주를 이해하는 방식을 완전히 변화시킬지도 모른다.

│과학자들이 비교한 사망 확률…일상이 더 위험한 이유 자동차 사고와 독감, 일산화탄소 중독처럼 익숙한 위험보다 머나먼 우주의 소행성 충돌이 더 치명적일 수 있을까. 7일(현지시간) 과학 전문 매체 사이언스 얼러트는 사망 원인의 확률을 정량적으로 비교한 흥미로운 연구 결과를 소개했다. 미국 올린공대 물리학자 캐리 누벤트 박사 연구팀은 “사람이 평생 소행성 충돌로 죽을 확률이 광견병 사망 확률보다 높다”고 분석했다. “광견병보다 소행성…의외로 높은 우주의 위협” 연구팀은 미항공우주국(NASA) 데이터를 바탕으로 140m 이상 크기의 근지구 천체(NEO)가 지구에 충돌할 확률과 그로 인한 인명 피해를 추산했다. 그 결과 개인당 평생 소행성 충돌로 사망할 확률은 약 15만6000분의 1로 나타났다. 이는 벼락(16만3000분의 1), 광견병(약 20만분의 1 추정)보다는 높지만, 코끼리 공격(2만1000분의 1)보다는 낮은 수치다. 단 코끼리 공격은 네팔·인도·케냐 등 야생 코끼리가 서식하는 일부 지역에 해당하는 위험 요소로 한국과 같은 비서식지 국가에서는 사실상 0에 수렴한다. 연구팀도 “사망 확률은 지역과 생활환경에 따라 크게 달라질 수 있다”고 설명했다. 연구를 주도한 누벤트 박사는 “소행성 충돌은 드물지만 막대한 피해를 초래할 수 있는 위험”이라며 “그 공포는 감각이 아니라 수치로 판단해야 한다”고 강조했다. “진짜 위협은 일상에 있다” 그렇다고 해서 우주가 당장 우리를 위협하는 건 아니다. 연구진이 제시한 여러 사망 요인 중 가장 치명적인 것은 익숙한 일상이었다. 가장 높은 사망 확률은 자동차 사고로, 개인당 약 273분의 1로 나타났다. 그다음은 독감 감염 후 사망으로, 확률은 약 1000분의 1이었다. 일산화탄소 중독도 생각보다 자주 발생하며 치명적인 결과로 이어질 수 있다. 전체 인구 기준 사망 확률은 약 4만7000분의 1로 일상에서 무시하기 어려운 위험 요소다. 광견병은 백신을 통해 충분히 예방할 수 있음에도 노출 후 미치료 시 치명률이 거의 100%에 달하는 감염병이다. 연구진은 “광견병보다도 소행성 충돌로 죽을 확률이 더 높다”는 점을 강조하며, 과소평가된 위험으로서의 주의를 환기했다. “소행성 충돌, 유일하게 기술로 막을 수 있는 자연재해”소행성 충돌은 단 한 번만 발생해도 수백만 명의 목숨을 앗아갈 수 있는 초대형 재난이지만 동시에 기술로 사전에 차단할 수 있는 유일한 자연재해이기도 하다. NASA는 2022년 ‘쌍소행성 궤도변경 실험’(DART) 프로젝트를 통해 소형 우주선을 소행성 디모르포스에 충돌시켜 궤도를 변경하는 데 성공했다. 유럽우주국(ESA)은 내년 ‘헤라’(Hera) 임무를 통해 DART 실험의 효과를 정밀 분석할 계획이다. 이번 연구 결과는 과학 논문 사전 공개 플랫폼 아카이브(arXiv)에 게재됐으며, 향후 ‘행성과학저널’(Planetary Science Journal)에 정식 출판될 예정이다.